人乳低聚糖介导大肠埃希氏菌与双歧双歧杆菌之间的互利关系

为什么婴儿奶中的糖很重要

父母常听到“母乳喂养有利于微生物组”，但这句话具体意味着什么往往让人觉得神秘。该研究揭示了幕后机制，说明人乳中特定的糖如何帮助两种常见肠道细菌——大肠埃希氏菌和双歧双歧杆菌——实现合作而非竞争。通过追踪婴儿及其母亲在生命第一年的变化，并在实验室中重建关键相互作用，作者揭示了一个令人意外的故事：奶中的糖不仅喂养有益微生物，还能编排一种精细的互惠关系，从而抑制潜在问题性的大肠埃希氏菌。

婴儿肠道的早期“访客”

研究者跟踪了41名健康足月的荷兰婴儿（起初均为纯母乳喂养）以及其中30位母亲。通过对不同年龄段粪便样本进行深度DNA测序，他们绘制出微生物的存在情况及群落随时间的变化。如预期，许多母乳喂养婴儿体内双歧杆菌类占主导，并且常在母亲与婴儿之间共享，提示家庭内的直接传播。大肠埃希氏菌——肠杆菌科的一员，若过度生长可致病——出现在大多数婴儿体内，但丰度较低。有趣的是，婴儿体内的大肠埃希氏菌菌株并不与其母亲匹配，表明这些细菌通常来自其他环境来源，但一旦定植便可在体内持续数月。

共存的模式，而非战争

为了测试单个物种如何影响更大群落，团队构建了一个名为MAJIC的新计算管道。MAJIC并非仅关心谁在场，而是比较当某一物种存在与缺失时的整体群落状况，判断该物种是缩窄还是扩展了可能的群落状态。对非常年幼的婴儿来说，双歧杆菌物种虽然丰度高，却表现得像“背景性角色”：失去某一物种并不会显著改变其他可以生存的微生物，暗示其他微生物可以替代其功能。在第一年内，作者未发现常见双歧杆菌物种抑制大肠埃希氏菌的证据。与其说是直接的对抗，更像是由相同食物来源——奶糖——塑造的栖息地里和平共处。

放大到菌株与基因层面

通过从样本中重建数百个细菌基因组，研究者得以区分不仅是物种，还有个体菌株及其遗传变异。例如，长双歧杆菌（Bifidobacterium longum subsp. longum）常在母亲与婴儿之间共享并在同一儿童体内长期存在，表明其很适应婴儿肠道。双歧双歧杆菌在关键糖处理基因上表现出特别紧密的遗传约束，仿佛精细调校以适应其生态位。相比之下，大肠埃希氏菌显示出很高的微多样性，单个婴儿体内可共存多株且较少表现出严格的宿主特异性。尽管存在这些差异，双歧杆菌和大肠埃希氏菌都携带一套与分解复杂碳水化合物相关的基因，暗示它们都面临着高效捕获并利用来源于母乳的糖的共同压力。

显微层面的糖换营养互惠

最引人注目的结果来自重现关键奶糖相互作用的实验室实验。作者聚焦于2'-岩藻糖乳糖（2′-fucosyllactose），这是人乳中最丰富的复杂糖之一。从婴儿粪便分离出的双歧双歧杆菌能将该糖切分为简单的构件单元，但生长需要氨基酸半胱氨酸。大肠埃希氏菌无法消化完整的该糖，但能在释放出的简单糖上茁壮生长。当两种微生物在含2'-岩藻糖乳糖但不额外补充半胱氨酸的培养基中共同培养时，它们都能良好生长——而在相同条件下单独培养则难以生存。进一步使用无法合成半胱氨酸的突变大肠埃希氏菌的实验表明，正常的大肠埃希氏菌向双歧双歧杆菌提供了这一缺失的营养物质，而双歧双歧杆菌则提供了促进大肠埃希氏菌生长的简单糖。由此揭示了一种由人乳糖媒介的紧密双向交换：一种互利共生关系。

这对婴儿健康意味着什么

对于非专业读者，关键结论是：母乳的作用不仅是“喂养婴儿”或“喂养有益细菌”。其复杂糖能够促成不同微生物之间的合作关系，共享资源。在本例中，双歧双歧杆菌与大肠埃希氏菌形成了糖与营养物质之间的交换，这可能帮助维持大肠埃希氏菌的存在但不使其占优势，同时支持一个稳定且高效的群落，将母乳转化为对婴儿有用的代谢产物。研究表明，早期肠道生态系统既受乳糖等简单宿主衍生糖的竞争影响，也受母乳低聚糖的交叉摄食所塑造。理解这些看不见的“交易”或能指导更好的配方奶、益生菌或饮食调整，从而将婴儿微生物组引导至更稳定、有利于健康的状态。

引用: Seki, D., Pollak, S., Kujawska, M. et al. Human milk oligosaccharide mediates mutualism between Escherichia coli and Bifidobacterium bifidum. Nat Commun 17, 3489 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-71764-7

关键词: 婴儿肠道微生物组, 人乳低聚糖, 双歧杆菌, 大肠埃希氏菌, 交叉摄食